推理方法綜述

1、智能限制導論大作業(yè)學院：電子工程學院專業(yè)：智能科學與技術(shù)推理方法綜述一、推理的定義：推理是人類求解問題的主要思維方法.所謂推理就是根據(jù)某種策略從已有事實和知識推出結(jié)論的過程.通過一個或幾個被認為是正確的陳述、聲明或判斷到達另一真理的行動,而這真理被相信是從前面的陳述、聲明或判斷中得出的直接推理.推理機病人結(jié)論知識專家的經(jīng)驗、醫(yī)學常識初始證據(jù)病人的病癥、化驗結(jié)果證據(jù)中間結(jié)論醫(yī)療十家系統(tǒng)二、推理方式及其分類：1 .演繹推理、歸納推理、默認推理(1) .演繹推理：一般一個別演繹推理是從全稱判斷推出特稱判斷或單稱判斷的過程,即從一般到個別的推理.最常用的形式是三段論法.例如：1)所有的推理系統(tǒng)都是智能

2、系統(tǒng)；2)專家系統(tǒng)是推理系統(tǒng)；3)所以,專家系統(tǒng)是智能系統(tǒng).(2) .歸納推理：個別一一般是從足夠多的事例中歸納出一般性結(jié)論的推理過程,是一種從個別到一般的推理過程,分為完全歸納推理,又稱為必然性推理,不完全歸納推理,又稱為非必然性推理.例如：完全歸納推理檢查全部產(chǎn)品合格該廠產(chǎn)品合格不完全歸納推理檢查全部樣品合格該廠產(chǎn)品合格(3) .默認推理：默認推理又稱缺省推理,它是在知識不完全的情況下假設(shè)某些條件已經(jīng)具備所進行的推理.2 .確定性推理、不確定性推理如果按推理時所用的知識確實定性來分,推理可分為確定性推理與不確定性推理.1確定性推理精確推理.如果在推理中所用的知識都是精確的,即可以把知識表示

3、成必然的因果關(guān)系,然后進行邏輯推理,推理的結(jié)論或者為真,或者為假,這種推理就稱為確定性推理.如歸結(jié)反演、基于規(guī)那么的演繹系統(tǒng)等2不確定性推理不精確推理.在人類知識中,有相當一局部屬于人們的主觀判斷,是不精確的和模糊的.由這些知識歸納出來的推理規(guī)那么往往是不確定的.基于這種不確定的推理規(guī)那么進行推理,形成的結(jié)論也是不確定的,這種推理稱為不確定推理.在專家系統(tǒng)中主要使用的方法.如果按推理過程中推出的結(jié)論是否單調(diào)增加,或者說推出的結(jié)論是否越來越接近最終目標來劃分,推理又可分為單調(diào)推理與非單調(diào)推理.1單調(diào)推理.基于經(jīng)典邏輯的演繹推理是指在推理過程中隨著推理的向前推進及新知識的參加,推出的結(jié)論呈單調(diào)增加

4、的趨勢,并且越來越接近最終目標.演繹推理是單調(diào)推理.2非單調(diào)推理.默認推理是非單調(diào)推理是指在推理過程中隨著推理的向前推進及新知識的參加,不僅沒有增強已推出的結(jié)論,反而要否認它,使得推理退回到前面的某一步,重新開始.一般是在知識不完全的情況下進行的1啟發(fā)式推理.如果在推理過程中,運用與問題有關(guān)的啟發(fā)性知識,如解決問題的策略、技巧及經(jīng)驗等,以加快推理過程,提升搜索效率,這種推理過程稱為啟發(fā)式推理.如A、A*等算法.2非啟發(fā)式推理.如果在推理過程中,不運用啟發(fā)性知識,只根據(jù)一般的限制邏輯進行推理,這種推理過程稱為非啟發(fā)式推理.推理效率較低,容易出現(xiàn)“組合爆炸問題.三、推理的限制策略：主要是指推理方向

5、的選擇、推理時所用的搜索策略及沖突解決策略等.一般推理的限制策略與知識表達方法有關(guān)產(chǎn)生式系統(tǒng).基于規(guī)那么的演繹推理1、推理方向：用于確定推理的驅(qū)動方式.分為正向推理由事實出發(fā)卜反向推理以某個假設(shè)目標作為出發(fā)點和正反向混合推理正向推理和反向推理相結(jié)合.系統(tǒng)組成:知識庫KB+初始事實和中間結(jié)果的數(shù)據(jù)庫DB+推理機正向推理推理方向一源令推理推理機Vf用戶(1) .正向推理事實驅(qū)動推理：事實一結(jié)論根本思想：正向推理又稱數(shù)據(jù)驅(qū)動推理,是根據(jù)由條件推出結(jié)論的方向進行的推理方式,它從一組事實出發(fā),使用一定的推理規(guī)那么,來證實目標事實或命題的成立.一般的推理過程是先向綜合數(shù)據(jù)庫提供一些初始事實,限制系統(tǒng)利用這

6、些數(shù)據(jù)與知識庫中的知識進行匹配,被觸發(fā)的知識,將其結(jié)論作為新的事實添加到綜合數(shù)據(jù)庫中.重復(fù)上述過程,用更新過的綜合數(shù)據(jù)庫中的事實再與知識庫中另一條知識匹配,將其結(jié)論更新至綜合數(shù)據(jù)庫中,直到?jīng)]有可匹配的新知識和不再有新的事實參加到綜合數(shù)據(jù)庫中為止.然后測試是否得到解,有解那么返回解,無解那么提示運行失敗.L開明二上加岫已R底或坦人.已就宿弊雨.她KL中通獨一條旬見也笆-I也巴"上日中實現(xiàn)正向推理需要解決的問題：確定匹配(知識與事實)的方法.按什么策略搜索知識庫.沖突消解策略.特點：正向推理簡單,易實現(xiàn),但目的性不強,效率低.(2) .逆向推理(目標驅(qū)動推理)：以某個假設(shè)目標作為出發(fā)點.

7、根本思想：選定一個假設(shè)目標.尋找支持該假設(shè)的證據(jù),假設(shè)所需的證據(jù)都能找到,那么原假設(shè)成立；假設(shè)無論如何都找不到所需要的證據(jù),說明原假設(shè)不成立的；為此需要另作新的假設(shè).主要優(yōu)點：不必使用與目標無關(guān)的知識,目的性強,同時它還有利于向用戶提供解釋.主要缺點：起始目標的選擇有盲目性.從KS中選出一條知詞,豆并得該知識的一個運用該饃唉成空,并將此條杵作為新的保衣目標賽實存人效樨游實現(xiàn)逆向推理需要解決的問題：如何判斷一個假設(shè)是否是證據(jù)?當導出假設(shè)的知識有多條時,如何確定先選哪一條?一條知識的運用條件一般都有多個,當其中的一個經(jīng)驗證成立后,如何自動地換為對另一個的驗證特點：目的性強,利于向用戶提供解釋,但選

8、擇初始目標時具有盲目性,比正向推理復(fù)雜.(3) .混合推理正反向混合推理:(1)先正向后逆向：先進行正向推理,幫助選擇某個目標,即從事實演繹出局部結(jié)果,然后再用逆向推理證實該目標或提升其可信度；(2)先逆向后正向：先假設(shè)一個目標進行逆向推理,然后再利用逆向推理中得到的信息進行正向推理,以推出更多的結(jié)論.開始一進行正向推理退出以正向推理所得結(jié)果作為置設(shè)進行逆向推理(4) .雙向推理雙向推理：正向推理與逆向推理同時進行,且在推理過程中的某一步驟上“碰頭的一種推理.中間結(jié)論己知事實iSSOOSHDC假設(shè)目標證據(jù)2、搜索策略：推理時要反復(fù)用到知識庫中的規(guī)那么,而知識庫中的規(guī)那么又很多,這樣就存在著如何

9、在知識庫中尋找可用規(guī)那么的問題(代價小,解好).可以采用各種搜索策略有效地限制規(guī)那么的選取.3、沖突解決策略：在推理過程中,系統(tǒng)要不斷地用數(shù)據(jù)庫中的事實與知識庫中的規(guī)那么進行匹配,當有一個以上規(guī)那么的條件局部和當前數(shù)據(jù)庫相匹配時,就需要有一種策略來決定首先使用哪一條規(guī)那么,這就是沖突解決策略.沖突解決策略實際上就是確定規(guī)那么的啟用順序.(1)專一性排序(條件局部更具體的規(guī)那么)(2)規(guī)那么排序(規(guī)那么編排順序)(3)數(shù)據(jù)排序(所有條件按優(yōu)先級次序編排起來)(4)就近排序(最近使用的規(guī)那么優(yōu)先)(5)上下文限制(在某種上下文條件下)(6)按匹配度排序(計算這兩個模式的相似程度)(7)按條件個數(shù)排

10、序(條件少的優(yōu)先)不確定性推理：1、概率方法概率推理就是由給定的變量信息來計算其它變量的概率信息的過程.假設(shè)給定證據(jù)集合E為變量集合Y的子集,其中變量取值用e表示,即E=e,此時假設(shè)希望計算條件概率p(YIE=e)的值,即在給定證據(jù)變量取值后求變量Y=yi的概率,這個過程被稱為概率推理.在基于概率的不確定推理中,概率一般解釋為專家對證據(jù)和規(guī)那么的主觀信任度.對概率推理起著支撐作用的是Bayes公式.Bayes公式用于不確定推理的一個原始條件是：前提E的概率P(日和H的先驗概率P(H),并H成立時E出現(xiàn)的條件概率P(E|H).推理的目的是推出H的后驗概率P(H|E).如果有多個證據(jù)E1,E2,.

11、,Em和多個結(jié)論H1,H2,.,Hn,并且每個證據(jù)都以一定程度支持結(jié)論,那么P(HiIE1E2Em)P(Ei|Hi)P(E2|Hi)P(Em|Hi)P(Hi)n'P(EJHj)P(E2|Hj)P(Em|Hj)P(Hj)j1此時,只要Hj的先驗概率P(Hj)及Hi成立時證據(jù)E1,E2,.,Em出現(xiàn)的條件概率P(E1|Hj),P(E2|Hj),.,P(Em|Hj),就可利用上述計算出在E1,E2,.,Em出現(xiàn)的情況下的條件概率P(Hi|E1,E2,.,Em).2、模糊推理方法從不精確的前提集合中得出可能的不精確結(jié)論的推理過程,又稱近似推理.在人的思維中,推理過程常常是近似的.例如,人們根據(jù)條件語句(假言)“假設(shè)西紅柿是紅的,那么西紅柿是熟的和前提(直言)“西紅柿非常紅,立即可得出結(jié)論“西紅柿非常熟.這種不精確的推理不可能用經(jīng)典的二值邏輯或多值邏輯人類思維判斷的根本形式：如果(條件)一那么(結(jié)論)例如：“如果爐溫低